一种实现按摩功能的软硬可调床垫的制作方法

本申请涉及智能床垫领域，尤其涉及一种实现按摩功能的软硬可调床垫。

背景技术

随着物质文明和技术工艺的不断进步，现代人们使用的床垫种类逐渐趋向多元化，主要有：弹簧床垫、棕榈床垫、乳胶床垫、水床垫、磁床垫等。

近年来，软硬可调智能床垫一经推出，便广受消费者青睐。顾名思义，软硬可调智能床垫与人体接触的软硬度能够调节，因此，它能够适应每个人不同的生理曲线、睡姿以及习惯，为每个人提供个性化的舒适睡眠环境。软硬可调智能床垫的结构一般包括软硬调节层、舒适接触层以及一个或者多个功能层；其中，软硬调节层采用改变充气量的原理实现对床垫软硬程度之调节；舒适接触层与人体相接触，提供较为舒适的接触触感；而各个功能层可以实现压力状态检测、用户体征检测、温度调节等多种与智能化相关的功能。

目前，对于包括软硬可调智能床垫在内的各种床垫来说，其所发挥的主要作用仍然是供用户在上面坐、卧休息和睡眠。软硬可调智能床垫所设计的各种附加功能，包括睡姿检测、软硬度调节、用户体征检测、温度调节等，其目的也是为了适应用户个体差异和身体状态，创造一个良好的睡眠微环境。当然，也有一部分现有的床垫产品开发了人体保健相关的附加功能，例如磁疗、红外治疗等。

按摩是一种广大用户喜闻乐见的保健放松方式，主要利用揉捏、捶打、推拿等手法对人体特定部位的肌群与穴位施加外力刺激，达到放松肌肉、疏通血液、促进循环的功效。目前，除了到按摩店由按摩技师人工服务以外，市场上还存在各种各样的家用按摩保健器材，包括按摩机、按摩椅乃至按摩床等。但是，这些设备功能单一，只能用于按摩，除此之外用户坐在或者躺在上面休息睡眠都不会感到舒适，无法当做普通的座椅和床来使用，而且体积都比较大，特别是按摩床，因此对于居住空间有限的大多数用户来说，在家庭中采购专用的按摩器材并不经济实用。

如果能够将智能床垫与按摩器材的功能结合起来，则可以有效解决上面提到的问题。但是，现有技术中并不存在能够结合按摩功能的智能床垫，原因主要在于，按摩机、按摩椅等器材需要在人体接触面的下方设置多组机械部件，用来执行揉捏、捶打、推拿等按摩动作，。例如锤头、滚轮等，这些部件都具有一定的硬度，另外还要有驱动这些机械部件的连杆、曲轴、电机等设备。这样一旦与床垫相结合，按摩功能所需的机械结构不但占用空间比较大，会使床垫的厚度过大，而且还会影响床垫表面的平整性、柔软性和接触舒适度，让用户感到身体下面有硬物，会明显降低睡眠休息质量，对于床垫来说是得不偿失的。另外，床垫本身也具有硅胶、海绵等舒适接触层，需要将上述按摩相关的机械结构放在舒适接触层的下方，这也会明显降低施加到用户身体的按摩力度，无法真正达到按摩的疗效。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种实现按摩功能的软硬可调床垫。本发明运用电致形变材料制作的按摩组件及其激励电路、按摩控制器代替了一般按摩设备所用的机械式按摩组件和驱动机构，从而极大节约了空间，可以集成于软硬可调智能床垫内部，并且对床垫的平整性、柔软性和接触舒适度没有降低，不使用按摩功能时用户不会感到身体下方存在硬物感，对床垫的休息睡眠功能没有不利影响；并且软硬可调智能床垫配合设计人体姿态检测功能，可以使按摩方案与用户姿态相适合。

本发明提供一种实现按摩功能的软硬可调床垫，其特征在于，包括软硬调节层、舒适接触层、功能层、软硬调节控制模块、电致形变按摩组件、激励电路、按摩控制器；其中，所述软硬调节层被划分为若干个可以独立充气和放气的充气腔室，舒适接触层设置在软硬调节层之上；功能层嵌入至所述舒适接触层的内部，所述功能层当中至少包括了一个用于压力感知的功能层；相邻充气腔室的邻接部位设置中空且顶部开口的容纳腔，所述电致形变按摩组件及其激励电路被置入该容纳腔之内；所述电致形变按摩组件及其激励电路被其周围邻接的多个充气腔室所包裹住；充气控制模块控制充气泵对所述充气腔室进行充、放气；所述按摩控制器有线或者无线连接至所述压力感知的功能层以及所述激励电路，用于确定用户姿态并调用与用户姿态相适应的按摩方案，根据按摩方案向所述激励电路输出按摩控制信号，控制不同位置上的所述电致形变按摩组件执行按摩动作。

优选的是，所述电致形变按摩组件具体包括电致膨胀锤头、电致伸缩杆；所述电致膨胀锤头在电信号激励下在垂直方向收缩并且在水平方向上扩展，电信号激励消失后恢复原状；所述电致伸缩杆在电信号激励下在垂直方向上发生伸缩。

进一步优选的是，所述激励电路包括包裹在电致膨胀锤头和电致伸缩杆外表面的柔性印刷电极，柔性印刷电极将激励电信号施加给所述电致膨胀锤头和电致伸缩杆。

进一步优选的是，所述电致形变按摩组件还包括绝缘外层，所述绝缘外层包裹在所述柔性印刷电极的外表面。

进一步优选的是，所述激励电路还包括供电及控制电信号接口，该接口用于引入供电以及接收按摩控制信号，根据按摩控制信号调节柔性印刷电极激励电信号的有无以及电压大小。

优选的是，充气控制模块用于在需要按摩时控制各个充气腔体放气至第一充气量以缩小厚度，从而暴露电致形变按摩组件；以及当不需要按摩时控制各个充气腔室充气至第二充气量以增大厚度，从而掩埋电致形变按摩组件。

优选的是，所述功能层将与床垫人体接触的上表面均匀划分为若干个矩阵分布的检测网格，并且每个检测网格内设置一个压力传感器，所述压力传感器测得的数值表示该检测网格承受的压力值。

进一步优选的是，所述按摩控制器根据该功能层提供的各个检测网格承受的压力值，通过与预定的用户姿态模板匹配，确定用户姿态；进而，调用与用户姿态相适应的按摩方案。

进一步优选的是，所述按摩控制器根据每个检测网格对应的压力传感器检测到的压力值的相对值大小，对全部检测网格的受压迫等级进行分类；进而根据不同受压迫等级的检测网格的分布位置与用户姿态模板的匹配度，来确定用户的当前身体姿态。

优选的是，所述舒适接触层可以在与每个电致形变按摩组件对应位置处设置减薄部，在减薄部处舒适接触层的厚度小于其他部位的舒适接触层厚度。

可见，本申请采用电致形变按摩组件，无需传统按摩设备的驱动机械结构，按摩头的尺寸也有所缩小，从而极大节约了空间。本发明的电致形变按摩组件可以集成于软硬可调智能床垫内部，并且通过床垫充气腔室的充气进行掩埋，对床垫的平整性、柔软性和接触舒适度没有降低，不使用按摩功能时用户不会感到身体下方存在硬物感，对床垫的休息睡眠功能没有不利影响。并且电致形变按摩组件可以利用激励电信号精确控制形变量，从而适应性设置按摩力度，并且软硬可调智能床垫配合设计人体姿态检测功能，可以使按摩方案与用户姿态相适合。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请实施例的软硬可调床垫的软硬调节层以及舒适接触层结构示意图；

图2是本申请实施例的软硬可调床垫的电致形变按摩组件及其激励电路结构示意图；

图3是本申请实施例的软硬可调床垫的控制部分结构示意图；

图4是本申请实施例的软硬可调床垫的电致膨胀锤头形变示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

作为本申请的一个实施例，实现按摩功能的软硬可调床垫包括结构部分和控制部分。结构部分构成了该软硬可调床垫的垫体，具体如图1-图2所示，包括软硬调节层1、舒适接触层2、功能层(未示出)电致形变按摩组件3、激励电路4。控制部分可以线路板的形式集成在软硬可调床垫的有线或者无线遥控器的内部，如图3所示，具体包括充气控制模块5以及按摩控制器6。

软硬调节层1采用改变充气量的原理实现对床垫软硬程度之调节。具体来说，如图1所示，软硬调节层1被划分为若干个可以独立充气和放气的充气腔室101，每个充气腔室101安装进出气阀门，并且该阀门通过导气管与充气泵连通。通过对充气腔室101充气可以增大其内部气压，从而表现为床垫硬度增加，并且由于充气腔室101膨胀，使软硬调节层1厚度有所增加；反之，对充气腔室101放气可以降低其内部气压，从而表现为床垫硬度降低，充气腔室101收缩使得软硬调节层1厚度减小。由于每个充气腔室101可以独立进行硬度调节，从而使整个床垫的不同位置可以具有不同的硬度，因此能够适应人体的生理曲线和感觉偏好。

舒适接触层2设置在软硬调节层1之上，包括一层乳胶或填充棉材质的填充物以及覆盖于该填充物上表面的亲肤织物。该层2与人体相接触，提供较为舒适的接触触感。为了保证触感的均一紧实，需要在软硬调节层划分的各个充气腔室101之上覆盖完整一体的舒适接触层2。

功能层可以嵌入至所述舒适接触层2的内部。例如，可以嵌入由电加热丝组成的功能层，通过该功能层来实现温度调节；也可以嵌入用于汗液感知的接触式电阻传感器等，以实现人体睡眠健康感知等多种与智能化相关的功能。其中，所述功能层当中至少包括了一个用于压力感知的功能层。具体来说，床垫与人体接触的上表面被均匀划分为若干个矩阵分布的检测网格201，并且每个检测网格201内设置一个压力传感器202，所述压力传感器202测得的数值表示该检测网格承受的压力值，该压力值是由于用户在床上坐卧时身体重力以及动作所引发的。通过印刷柔性电路导线将各个检测网格201内的压力传感器202连接起来形成所述压力感知的功能层，从而输出各个检测网格承受的压力值。

如图1，在某些相邻充气腔室101的邻接部位设置中空且顶部开口的容纳腔102，一个所述电致形变按摩组件3及其激励电路4被置入该容纳腔102之内。因而，所述电致形变按摩组件3及其激励电路4被其周围邻接的多个充气腔室101所包裹住。当所述充气腔室101充气量较大时，由于充气腔室101本身厚度比较厚，因此该电致形变按摩组件3及其激励电路4被掩埋在周边的充气腔室之中，所述舒适接触层2受到其下方的充气腔体101的支撑，因而不会与该电致形变按摩组件3发生直接接触，而人体坐、卧于所述舒适接触层2上，故而不会感觉到电致形变按摩组件3带来任何异物感，不影响床垫表面的平整性、柔软性和接触舒适度。当需要进行按摩时，可以控制充气腔室101放气，电致形变按摩组件3周边的充气腔室厚度降低，无法再掩埋电致形变按摩组件3，使电致形变按摩组件3的最上端从容纳腔102顶部开口暴露出来。如图2所示，而舒适接触层2可以在与每个电致形变按摩组件3对应位置处设置减薄部203，在减薄部203处舒适接触层2的厚度小于其他部位的舒适接触层2厚度，因而电致形变按摩组件3从容纳腔102暴露出来后可以经由减薄部203与人体相接触，进而对人体施力按摩，由于存在减薄部203使得在按摩功能中舒适接触层2基本不会影响按摩的力度和效果。

参见图2，电致形变按摩组件3安装在容纳腔102之内，并且激励电路4安装在电致形变按摩组件3的下方。所述电致形变按摩组件3具体包括电致膨胀锤头301、电致伸缩杆302、绝缘外层303。电致膨胀锤头301以及电致伸缩杆302均采用电致形变聚合物材料制作。电致形变聚合物材料简称为eap，是在外界电信号激励下可以较大幅度地改变形状和体积的材料，当电信号刺激消失后又会恢复原状，与传统的陶瓷压变材料相比，电致形变聚合物材料具有更大的应变作用力，并且质量轻、易于加工成形、形变精确度好。其中，电致膨胀锤头301为电介弹性体(dielectricelastomer)，如图4a-b所示，在电信号激励下其基于麦克斯韦应力效应在垂直方向收缩并且在水平方向上扩展，电信号激励消失后恢复原状，从而对人体起到揉捏推拿的作用。电致伸缩杆302为嫁接型弹性体(graftelastomer)，在电信号激励下在垂直方向上发生伸缩效应，可以带动电致膨胀锤头301实现对人体的捶打。激励电路4包括包裹在电致膨胀锤头301和电致伸缩杆302外表面的柔性印刷电极401，柔性印刷电极401将激励电信号施加给所述电致膨胀锤头301和电致伸缩杆302，并且柔性印刷电极401的外表面包裹所述绝缘外层303。激励电路4还包括供电及控制电信号接口402，该接口402安装在电致形变按摩组件3的下方，从外界引入供电以及接收按摩控制信号，接口402根据按摩控制信号调节柔性印刷电极401激励电压的有无以及电压大小，从而控制电致膨胀锤头301和电致伸缩杆302的形变及其程度。

如上文所述，本发明所述实现按摩功能的软硬可调床垫的控制部分具体包括充气控制模块5以及按摩控制器6。其中充气控制模块5可以连接用于为软硬可调层的充气腔室进行充、放气的充气泵，并且控制充气泵的充气与放气过程。当需要按摩时，充气控制模块5控制各个充气腔体101放气至第一充气量，从而暴露电致形变按摩组件3；反之，当不需要按摩时，充气控制模块5控制各个充气腔室101充气至第二充气量，从而掩埋电致形变按摩组件3，进而，再根据用户姿态生理曲线以及对床垫软硬度的个性需求，分别调节每个充气腔室101的充气量，从而使床垫不同位置具有不同的硬度，适应人体的生理曲线和感觉偏好。

按摩控制器6有线或者无线连接至所述压力感知的功能层，以及连接供电及控制电信号接口402。按摩控制器6根据该功能层提供的各个检测网格201承受的压力值，通过与预定的用户姿态模板匹配，确定用户姿态；进而，调用与用户姿态相适应的按摩方案，按摩方案设定了不同位置上的各个电致形变按摩组件3执行的按摩动作及其力度；按摩控制器6根据按摩方案向对应的供电及控制电信号接口402输出所述按摩控制信号，以激励电致膨胀锤头301和电致伸缩杆302发生对应的形变以执行方案设定的按摩动作。

具体来说，按摩控制器6根据每个检测网格201对应的压力传感器检测到的压力值的相对值大小，对全部检测网格的受压迫等级进行分类，例如，受压迫等级可以分为三级，依次为压迫最大网格、压迫次等网格和无压迫网格。由于不同用户的体重不同，对所述床垫的压力绝对值也不同，相应的，对所述检测网格的受压迫等级的分级按照相对值进行划分。在本实施例中，所述压迫最大网格对应的压力值的数值范围为(2/3～1)*(l-s)，所述压迫次等网格对应的压力值的数值范围为(1/3～2/3)*(l-s)，所述无压迫网格对应的压力值的数值范围为(0～1/3)*(l-s)，其中，l为每个检测时间点全部检测网格对应的压力值中的最大值，s为每个检测时间点全部检测网格对应的压力值中的最小值。也就是说，可以按照预定的检测频率(例如每3-5分钟一次)对全部检测网格内的压力值进行获取，每个获取压力值的时间点即为所述检测时间点；在每个检测时间点由全部检测网格对应的压力传感器提供的全部压力值当中，选取其中最大的一个压力值作为本次检测的l，选取其中最小的一个压力值作为本次检测的s；或者，为了更加精确，也可以从全部压力值中选取前10％的压力值，统计其平均值作为本次检测的l，并且从全部压力值中选取后10％的压力值，统计平均值作为本次检测的s。可见，基于计算的l和s值以及各个检测网格的压力值，每次检测都可以将全部检测网格划分为上述三类受压迫等级。按摩控制器6根据不同受压迫等级的检测网格的分布位置与用户姿态模板的匹配度，来确定用户的当前身体姿态。具体来说，新建一个与床垫的全部检测网格一一对应的模板，在该模板中对应每个检测网格标明本次检测获得的该网格所属的受压迫等级(压迫最大网格、压迫次等网格和无压迫网格)，在遍历所有网格后，生成一个压迫分布模板；将压迫分布模板与预先存储的各种用户姿势模板进行匹配。按摩控制器6中可以通过存储器存储有多个用户姿势模板，每个用户姿势模板对应一种用户在床上的姿势，例如用户姿势可以分为坐姿、卧姿两大类，而坐姿又包括背部后仰坐姿、背部直立坐姿、腿部伸平坐姿、腿部蜷起坐姿等各种坐姿，卧姿又具有仰卧、俯卧、左侧卧、右侧卧等各种卧姿，而针对以上每一种具体的坐姿或者卧姿，其给床体的压迫分布是不一样的。因此，所述用户姿势模板为三类受压迫等级的网格的分布状态模型，具体来说，每种用户姿势模板包含与压迫分布模板的网格一一对应的网格，并且用户姿势模板的每个网格也标记其受压迫等级属于压迫最大网格、压迫次等网格还是无压迫网格。匹配过程可以分为初步匹配和精细匹配；初步匹配判断用户当前属于坐姿还是卧姿；精细匹配确定坐姿或者卧姿之下更具体的姿势类型。在初步匹配中，统计压迫分布模板当中与上身对应的区段内压迫最大网格相对于全部压迫最大网格的占比；如果与上身对应的区段内压迫最大网格相对于全部压迫最大网格的占比高于第一占比阈值，则初步匹配确定当前用户姿势为卧姿；反之，如果该占比低于或等于第一占比阈值，则初步匹配确定当前用户姿势为坐姿。通过初步匹配认定用户处于坐姿，则可以调用与坐姿对应的用户姿势模板进行精细匹配；同样，初步匹配认定为卧姿，则调用卧姿对应的用户姿势模板进行精细匹配。精细匹配可以是对用户姿势模板中每一个网格，判断其与压迫分布模板中对应位置的网格是否属于同一个受压迫等级，若属于则认定匹配，对一匹配计数值加1(初始值记为0)，遍历所有网格单元之后，最终的匹配计数值即为该用户姿势模板的匹配计数值；将匹配计数值最高的用户姿势模板确定为与当前的压迫分布模板相匹配的用户姿势模板，则按摩控制器6输出该匹配的用户姿势模板的标识符，作为对用户当前身体姿态的判断结果。根据用户当前身体姿态，按摩控制器6设置相对应的按摩方案，并控制相对应位置上的电致形变按摩组件3执行按摩动作。例如，在坐姿状态下按摩控制器6可以控制与腿部区段对应的电致形变按摩组件3只针对腿部执行按摩动作，而在平卧状态下可以面向用户的全身区段的电致形变按摩组件3控制其执行按摩动作。

可见，本发明实施例采用电致形变按摩组件，无需传统按摩设备的驱动机械结构，按摩头的尺寸也有所缩小，从而极大节约了空间。本发明的电致形变按摩组件可以集成于软硬可调智能床垫内部，并且通过床垫充气腔室的充气进行掩埋，对床垫的平整性、柔软性和接触舒适度没有降低，不使用按摩功能时用户不会感到身体下方存在硬物感，对床垫的休息睡眠功能没有不利影响。并且电致形变按摩组件可以利用激励电信号精确控制形变量，从而适应性设置按摩力度，并且软硬可调智能床垫配合设计人体姿态检测功能，可以使按摩方案与用户姿态相适合。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。